7 Сурет. P – n ауысуының энергетикалық зоналары

p – n ауысуының пайда болуын энергетикалық зоналар арқылы түсіндіріп көрейік. p – n ауысуында негізгі зарядты тасымалдаушылардың тепе-теңдікте болуы, олардың күйлері бірдей деңгейде болғанда іске асады, ал бұл энергетикалық зоналардың иілуіне алып келеді (7 сурет).

Ауысу аймағындағы энергетикалық зоналардың иілуінің себебі, тепе-теңдік күйде р -аймағындағы потенциалдың n -аймағындағы потенциалдан төмен болуы. Валенттік зонаның төменгі шекарасы электронның потенциалдық энергиясына Е_рэ, ауысуға перпендикуляр бағытта жол береді (8 сурет,а). Кемтіктің заряды электронның зарядына қарама-қарсы, сондықтан олардың потенциалдық энергиясы Е_рк, Е_рэ-нің аз жерінде көп болады және керісінше (8 сурет,а).

8 Сурет. Әр түрлі энергетикалық зоналардың p – n ауысуы

Тепе-теңдік күйінде негізгі тасымалдаушылардың кейбір мөлшері потенциалдық бөгеттен өтіп кете алады, осының салдарынан ауысу арқылы аздаған ток І_нег. жүреді (8 сурет,а). Бұл ток негізгі емес тасымалдаушылардың қарама-қарсы І_н.емес тогымен компенсацияланады. І_н.емес шамасы секунд сайын пайда болып жатқан негізгі емес тасымалдаушылардың санымен анықталады және потенциалдық бөгеттің биіктігіне тіптен тәуелді болмайды. Керісінше, І_нег шамасы бөгеттің биіктігіне күшті тәуелді. Тепе-теңдік потенциалдық бөгеттің, екі І_нег және І_н.емес токтары бірін-бірі компенсациялайтын, деңгейде орнығады.

Кристалға, плюсі р -аймаққа, ал минусі n -аймаққа жалғасқан бағытта, сыртқы кернеу берейік (мұндай кернеу тура деп аталынады). Бұл р -аймақтағы потенциалдың жоғарылауына (яғни Е_рк артады, Е_рэ кемиді) және n -аймақтағы потенциалдың төмендеуіне (яғни Е_рк кемиді, Е_рэ артады) алып келеді (8 сурет,б). Мұның нәтижесінде потенциалдық бөгеттің биіктігі кішірейеді де І_нег ток өседі. Ал ток І_н.емес іс жүзінде өзгермей қалады (жоғарыда келтірілгендей, ол бөгеттің биіктігіне тіптен тәуелді емес). Демек, қорытқы ток нольге тең болмай қалады. Потенциалдық бөгеттің төмендеуі түсірілген кернеуге пропорционал (ол еU-ға тең). Бөгеттің биіктігін төмендеткен кезде негізгі тасымалдаушылар тогы, демек, қорытқы ток, тез өседі. Сонымен, р -аймақтан n -аймақ бағытында ауысу ток өткізеді, оның күші түсірілген кернеу артқанда тез өседі. Бұл бағыт тура деп аталынады.^[14]

9 суретте р – n ауысудың вольт-амперлік сипаттамасы берілген. Тура кернеуде кристалда пайда болған электр өрісі негізгі тасымалдаушыларды аймақтар арасындағы шекараға «сығады», осы себептен тасымалдаушылары жоқ ауысу қабатының ені қысқарады. Демек, ауысу кедергісі де азаяды, бұл кернеу неғұрлым үлкен болған сайын, солғұрлым көп азаяды. Сондықтан өткізу аймағындағы вольтамперлік сипаттама түзу болып келмейді (9 суретте оң тармақ).

9 Сурет. Р – n ауысудың вас

Енді кристалға n -аймаққа плюс, ал р -аймаққа минус қосылатындай етіп кернеу түсірейік (бұл кернеу кері деп аталынады). Бұл потенциалдық бөгеттің көтерілуіне және негізгі тасымалдаушылар ток күшінің І_нег кемуіне алып келеді (9 сурет,в). Бұл кезде пайда болған қорытқы ток (кері ток деп аталынатын) қанығу мәніне тез жетеді (яғни кернеуге U тәуелсіз болып) және І_н.емес токқа тең болады. Сонымен n -аймақтан р -аймаққа қарай бағытта (кері ток) р – n ауысуы, негізгі емес тасымалдаушылар қамтамасыз ететін, әлсіз ток өткізеді. Тек өте үлкен кері кернеуде, ауысудың электрлік тесілуі арқасында, ток күші бірден арта бастайды (9 суретте сол тармақ). әрбір р – n ауысуы, оның бүлінбей шыдауға қабілеттілігі болатын, өзінің кері кернеуінің шекті мәнімен сипатталады.

9 суреттен көрініп тұрғандай, р – n ауысуы тура бағытқа қарағанда, кері бағытта едәуір үлкен кедергіге ие болады. Бұл былай түсіндіріледі, кристалда пайда болған өріс кері кернеу қосылған кезде, аймақтар арасындағы шекарадан негізгі тасымалдаушыларды кері «тартып» алады, бұл тасымалдаушылары кеміген, ауысу қабатының енін ұлғайтады. Осыған сәйкес ауысудың кедергісі де артады.^[7]